Гидростатика, тығыздық, қысым, күш және формулалар.

Гидростатика, тығыздық, қысым, қалқымалылық және формулалар: сұйықтық физикасының негізгі тіректері. Бұл техникалық түсініктер тыныштықтағы сұйықтықтар мен газдардың әрекетін түсіну үшін, сондай-ақ олардың ішіне батырылған қатты заттармен әрекеттесуін сипаттау үшін кілт болып табылады. Негізгі принциптерді әзірлеуден бастап тиісті теңдеулерді қолдануға дейін бұл мақала сізді гидростатиканың және оның құрамдас бөліктерінің қызықты әлеміне батырады, сұйықтық туралы ғылымның тереңдігін зерттеуге қызығушылық танытқандар үшін дәл және объективті ақпарат береді. Нақты теориялар мен қатаң есептеулерге толы қызықты саяхатқа кірісейік, мұнда тонның бейтараптығы кеңірек және ағартатын түсіну жолында нұсқаулық болады. Осы қызықты ғылыми саланы басқаратын формулалардың анықтығы мен дәлдігін сіңіре отырып, гидростатика және оның негізгі тұжырымдамалары туралы білім мұхитына сүңгуге дайындалыңыз.

1. Гидростатика туралы түсінік және оның сұйық сұйықтықтардағы тығыздықпен және қысыммен байланысы

Гидростатика – тыныштықтағы сұйықтықтарды, яғни қозғалыссыз сұйықтар мен газдарды зерттейтін физика саласы. Гидростатиканың негізгі ұғымдарының бірі сұйық сұйықтықтардағы тығыздық пен қысым арасындағы байланыс болып табылады. Сұйықтықтың тығыздығы көлем бірлігіндегі масса мөлшерін білдіреді, ал қысым бетке әсер ететін аудан бірлігіне келетін күш ретінде анықталады.

Сұйық сұйықтықтардағы тығыздық пен қысым арасындағы байланысты Паскаль принципі бойынша сипаттауға болады, ол тұрақты тығыздықтағы сұйықтықтағы қысым барлық бағытта тең және сұйықтықтың бойына біркелкі таралады. Бұл принцип сұйықтықтағы қысым берілген нүктеден жоғары сұйық бағандардың салмағына байланысты деген идеяға негізделген.

Қысқаша айтқанда, гидростатика ұғымы сұйық сұйықтықтардағы тығыздық пен қысыммен тығыз байланысты. Тығыздық бірлік көлемдегі масса мөлшерін білдіреді, ал қысым бетке әсер ететін аудан бірлігіне күш ретінде анықталады. Тығыздық пен қысым арасындағы байланыс Паскаль принципімен сипатталады, ол тығыздығы тұрақты сұйықтықтағы қысым барлық бағытта тең және сұйықтықтың бойына біркелкі таралады.

2. Гидростатикада тығыздық және оның қалай есептелетінін түсіндіру

Тығыздық – заттың берілген көлеміндегі масса мөлшерін сипаттайтын физикалық қасиет. Гидростатика контекстінде тығыздық сұйықтықтың массасы мен оның көлемі арасындағы қатынасты білдіреді. Гидростатикадағы тығыздықты есептеу үшін формула:

Тығыздық (ρ) = Масса (м) / Көлем (V)

Сұйықтықтың массасын анықтау үшін оның үздіксіз шама екенін және ыдыстағы заттың мөлшеріне байланысты өзгеруі мүмкін екенін есте ұстаған жөн. Массаны таразы немесе басқа масса өлшейтін құрал арқылы өлшеуге болады.

Сұйықтықтың көлемін ыдыстың пішініне байланысты әртүрлі әдістермен анықтауға болады. Егер ыдыс текше немесе шар сияқты дұрыс пішіні бар қатты дене болса, оның көлемін есептеу үшін геометриялық формулаларды қолдануға болады. Екінші жағынан, егер ыдыстың пішіні дұрыс емес болса, оны суы бар ыдысқа батыру және көлемді анықтау үшін судың ығысуын өлшеу сияқты жанама әдісті қолдануға болады.

3. Гидростатикалық қысым және оның сұйықтықтың тереңдігі мен тығыздығымен байланысы

Түсіну үшін алдымен гидростатикалық қысымның не екенін түсіну керек. Гидростатикалық қысым деп сұйықтың өз салмағына және суға батқан тереңдігіне байланысты тыныштықтағы қысымын айтады. Бұл қысым сұйықтықтың тереңдігі мен тығыздығы артқан сайын артады.

Гидростатикалық қысым мен тереңдік арасындағы қатынасты гидростатикалық қысым формуласы арқылы есептеуге болады: P = ρgh, мұндағы P - гидростатикалық қысым, ρ - сұйықтықтың тығыздығы, g - ауырлық әсерінен болатын үдеу, h - сұйықтық бетінен қызықты нүктеге дейін өлшенетін тереңдік. Бұл формула тереңдіктің өзгеруіне қарай қысымның қалай өзгеретінін анықтауға мүмкіндік береді.

Гидростатикалық қысымда сұйықтықтың тығыздығы да маңызды рөл атқарады. Тығыздық сұйықтық көлемінің бірлігіне келетін масса мөлшерін білдіреді. Сұйықтықтың тығыздығы артқан сайын гидростатикалық қысым да артады. Себебі жоғары тығыздық белгілі бір кеңістікте көбірек молекулаларды білдіреді, нәтижесінде үлкен соққы күші және, демек, берілген бетке үлкен қысым болады.

4. Гидростатикадағы тартылыс күшін есептеу және оның қысыммен байланысы

Гидростатикадағы қалтқылық сұйықтықтың оған батқан затқа әсер ететін күшін білдіреді. Бұл күш сұйықтықтың объектіге түсіретін қысымына тікелей байланысты. Қалқымалылықты есептеу үшін төменде егжей-тегжейлі сипатталған бірқатар қадамдарды орындау қажет:

1. Сұйықтықтың қасиеттерін анықтаңыз: Нысан батырылған сұйықтықтың тығыздығы мен меншікті салмағын білу маңызды. Бұл мәндерді кестелерден немесе техникалық құжаттамадан табуға болады.

2. Суға батқан аумақты анықтаңыз: Сұйықтықпен жанасатын заттың бетінің ауданын анықтау керек. Тек су астындағы аумақты ғана ескеру керек екенін ескерген жөн, өйткені күш тек сол аймақта пайда болады.

3. Гидростатикалық қысымды есептеңіз: Гидростатикалық қысым формуласын (P = ρgh) пайдаланып, мұндағы P қысымды, ρ - сұйықтықтың тығыздығын, g - ауырлық күшінің үдеуі және h - сұйықтықтың объектінің үстіндегі биіктігін, суға батқан объект орналасқан нүктедегі қысымды анықтауға болады.

4. Тарту күшін есептеңіз: Тарту күші алдыңғы қадамда алынған гидростатикалық қысымды объектінің су астында қалған ауданына көбейту арқылы есептеледі. Нәтижесі сұйықтықпен әсер ететін күш күшін білдіретін Ньютонмен (N) өрнектелген күш болады.

Қалқымалылық әрқашан ауырлық күшіне қарама-қарсы бағытта әрекет ететінін есте ұстаған жөн. Сонымен қатар, қалқымалылық суға батқан объектінің пішіні мен материалына қарамастан тек сұйықтықтың тығыздығына және заттың үстіндегі сұйықтықтың биіктігіне байланысты. Осы қадамдарды орындау арқылы гидростатикадағы қалтқылықты және оның қысыммен байланысын дәл есептеуге болады.

5. Тепе-теңдік күйіндегі сұйықтық ішіндегі нүктедегі қысымды қалай есептейді

Тепе-теңдіктегі сұйықтық ішіндегі нүктедегі қысымды есептеу үшін кейбір негізгі ойларды ескеру қажет. Біріншіден, сұйықтықтағы қысымның сұйықтық ыдысының қабырғаларымен соқтығысуы қозғалыстағы молекулалардың әсерінен болатын күшке байланысты екенін есте ұстаған жөн. Тепе-теңдіктегі сұйықтықтың белгілі бір нүктесіндегі қысым барлық бағытта бірдей.

Тепе-теңдіктегі сұйықтық ішіндегі нүктедегі қысымды есептеудің жиі қолданылатын әдісі негізгі гидростатикалық теңдеуді пайдалану болып табылады. Бұл теңдеу сұйықтың ішіндегі нүктедегі қысымның атмосфералық қысымның және қарастырылып отырған нүктеден жоғары сұйықтық бағанына байланысты қысымның қосындысына тең екенін көрсетеді. Бұл теңдеу былай өрнектеледі:

P = P_{банкомат} + ρgh

Мұндағы P - қарастырылатын нүктедегі қысым, P_{банкомат} атмосфералық қысым, ρ - сұйықтықтың тығыздығы, g - ауырлық әсерінен үдеу, h - сұйықтық бағанының тікелей қарастырылатын нүктеден жоғары биіктігі. Бұл теңдеу сұйықтық біртекті және температура сияқты басқа факторлар қысымға әсер етпейтін болса, контейнердегі сұйықтық сияқты тыныштықтағы сұйықтықтарға қолданылуы мүмкін.

6. Паскаль заңы және оның гидростатикада қолданылуы

7. Гидростатика, тығыздық, қысым, қалқымалылық және т.б. қатысты есептерді шешуге арналған негізгі формулалар мен теңдеулер.

Гидростатикада тығыздыққа, қысымға, жүзгіштікке және т.б. байланысты мәселелерді шешуге мүмкіндік беретін бірнеше негізгі формулалар мен теңдеулер бар. Бұл формулалар гидростатиканың негізгі принциптерін түсіну және қолдану және практикалық есептерді шешу үшін өте қажет. тиімді түрде.

Гидростатикадағы негізгі формулалардың бірі гидростатикалық қысым теңдеуі болып табылады: P = ρgh, мұндағы P қысымды, ρ - сұйықтықтың тығыздығын, g - ауырлық әсерінен үдеу, h - сұйықтық бағанының биіктігі. Бұл формула сұйықтықтың тығыздығы мен оның орналасқан биіктігін ескере отырып, берілген нүктедегі қысымын есептеуге мүмкіндік береді.

Тағы бір маңызды формула қалқымалылық теңдеуі болып табылады. Архимед принципі бойынша, суға батқан заттың үстіндегі сұйықтық тудыратын қалқымалылық ығысқан сұйықтың салмағына тең. Қалқымалылық теңдеуі мына түрде өрнектеледі: E = ρVg, мұндағы E - қалқымалылық, ρ - сұйықтықтың тығыздығы, V - ығыстырылған сұйықтық көлемі, және g - ауырлық әсерінен болатын үдеу. Бұл формула сұйықтықтың тығыздығы мен ығысқан көлемін ескере отырып, сұйықтыққа батырылған заттың басынан өткеру қабілетін есептеуге мүмкіндік береді.

8. Суға батқан денеге судың әсер ететін күшін есептеу

Суға батқан денеге судың әсер ететін күшін анықтау үшін бірнеше факторларды ескеретін есеп жүргізу керек. Төменде әдістеме берілген. қадам бойынша шешу бұл мәселе.

1. Біріншіден, Архимед принципін есте сақтау маңызды, ол сұйықтыққа батырылған дене ығыстырылған сұйықтық көлемінің салмағына тең қалқымалы күшке ие болады. Бұл принцип судың әсер ететін күшін есептеуде пайдалы болады.

2. Бірінші қадам суға батқан дененің көлемін анықтау болып табылады. Егер дененің өлшемдерін білсек, текше, шар немесе кез келген басқа геометриялық фигура үшін сәйкес формуланы пайдаланып көлемді есептей аламыз. Егер дененің пішіні дұрыс емес болса, денені суы бар ыдысқа батырып, нәтижесінде орын ауыстыруды өлшейтін жуықтау әдісін қолдануға болады.

9. Гидростатиканың күнделікті өмірде қолданылуы: мысалдар мен практикалық жағдайлар

Гидростатика – тыныштықтағы сұйықтықтарды және оларға әсер ететін күштерді зерттейтін физиканың бір бөлімі. Бұл күрделі ұғым болып көрінгенімен, оның күнделікті өмірде қолданылуы көптеген практикалық жағдайларда айқын көрінеді. Төменде гидростатиканың күнделікті өміріміздің негізгі бөлігі екенін көрсететін бірнеше мысалдар ұсынылады.

1. Атмосфералық қысым: Гидростатиканың ең көп тараған мысалдарының бірі - атмосфералық қысым. Біздің денеміз Ол үнемі қоршаған ауа бағанының қысымына қарсы тұрады. Біз суға түскен кезде бұл қысым сұйықтықтың тығыздығына байланысты артады. Дайвинг және жүзу - бұл гидростатика және оның қысымға әсері негізгі болып табылатын әрекеттер.

2. Денелердің қалқымалылығы: Гидростатиканың тағы бір практикалық мысалы қалтқылық болып табылады. Егер олардың салмағы сұйықтықтан әсер ететін күштен аз болса, заттар сұйықта қалқып жүреді. Бұл принцип кемелердің неліктен суда жүзетінін, сондай-ақ кейбір материалдардың басқаларға қарағанда неге көбірек жүзетінін түсіндіреді. Күнделікті өмірде гидростатика құтқару қайықтарын, қалқымаларды және жүзу құрылымдарын жобалауда қолданылады.

3. Паскаль принципі: Паскаль принципі гидростатикадағы тағы бір маңызды ұғым. Бұл принцип сұйықтық қысымының өзгеруі барлық бағытта біркелкі берілетінін айтады. Практикалық мысал - автомобильдердегі гидравликалық тежеу ​​жүйесі, онда тежеу ​​педальына түсетін қысым сұйықтық арқылы дөңгелектерге беріледі. Бұл принцип қан қысымын өлшейтін және шприцтер сияқты медициналық құрылғыларда да қолданылады.

Көріп отырғанымыздай, гидростатика - бұл біздің ортамызда бірнеше қолданбалы пән. Оны түсіну күнделікті құбылыстарды түсіну және өмірімізді қауіпсіз және тиімдірек ететін технологияларды дамыту үшін өте маңызды. Гидростатиканың принциптерін түсіну бізге белгілі бір объектілер мен процестердің қалай жұмыс істейтінін түсінуге мүмкіндік береді, бұл бізге әлем туралы толық көзқарасты береді.

10. Тепе-теңдіктегі сұйықтықтар: түсінігі және гидростатика мен тартылыс күші арасындағы байланыс

Гидростатика – тепе-теңдіктегі, яғни ағынсыз сұйықтықтарды зерттейтін физика саласы. Бұл тұрғыда сұйықтық тепе-теңдігі түсінігін түсіну маңызды, ол оларға әсер ететін күштерді білдіреді. Сонымен қатар, гравитациялық өрістегі сұйықтықтардың әрекетіне әсер ететін гидростатика мен гравитациялық күш арасындағы байланысты талдау өте маңызды.

Бұл екі ұғымның өзара байланысын түсіну үшін Паскаль принципі деп аталатын гидростатиканың негізгі принципін қарастыру қажет. Бұл принцип бойынша сығылмайтын сұйықтықтың бір нүктесінде түсірілген қысым оның ішіндегі барлық нүктелерге біркелкі беріледі. Бұл тепе-теңдіктегі сұйықтықтағы қысымның тереңдікке байланысты өзгермейтінін, тек сұйықтықтың тығыздығына және гравитациялық үдеуіне байланысты екенін білдіреді.

Гидростатика мен гравитациялық күштер арасындағы байланыс сұйықтықтағы гидростатикалық қысымды есептеу арқылы суреттеледі. Гидростатикалық қысым - бұл суға батқан бетке сұйықтықтың салмағы әсер ететін күш. Оны анықтау үшін қысымның сұйықтық тығыздығы, гравитациялық үдеу және сұйықтық бағанының биіктігінің көбейтіндісіне тең болатынын көрсететін гидростатикалық қысым теңдеуі қолданылады.

11. Архимед принципі және оның гидростатиканы зерттеудегі маңызы

Гидростатика - тыныштықтағы сұйықтықтарды, ең алдымен, сұйықтықтарды зерттейтін физика саласы. Бұл пәннің негізгі принциптерінің бірі Архимед принципі болып табылады, онда сұйықтыққа батырылған дене дене ығыстыратын сұйықтық көлемінің салмағына тең жоғары қарай итермелейді. Грек ғалымы Архимед тұжырымдаған бұл принцип гидростатиканы зерттеуде өмірлік маңызды және ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында көптеген қолданбаларға ие.

Архимед қағидасы теңіз сәулетінде, көпірлер мен қалқымалы құрылымдардың құрылысы, суасты қайықтары мен кемелерді жобалау сияқты салаларда өте өзекті. Ол сондай-ақ тығыздық өлшегіштердің жұмысын, заттардың жүзу қабілетін түсіну және сұйықтыққа батырылған денелердің массасын анықтау үшін өте маңызды. Бұл принципті қолдану үшін сұйықтық пен суға батқан дененің тығыздығын, сондай-ақ ығыстырылған сұйықтық көлемін ескеру қажет.

Архимед принципін гидростатиканың көптеген мәселелерін шешу үшін қолдануға болады. Мысалы, сұйықтыққа толық немесе ішінара батқан заттың жоғары қарай бағытталған күшін анықтағанда, бұл принцип қалтқылықтың мәнін есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Ол сондай-ақ сүңгуір қайықтардың қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін қолданылады, өйткені бұл суасты кемелері ығыстырылған сұйықтық мөлшерін реттеу арқылы олардың жүзу қабілетін басқара алады.

12. Ыдыстағы сұйықтықтың гидростатикалық қысымы мен биіктігі арасындағы байланыс

Ол Паскаль принципімен реттеледі, ол тыныштықтағы сұйықтыққа түсетін қысым барлық бағытта бірдей таралады. Бұл сұйықтықтың белгілі бір нүктесіндегі қысым оның пішіні мен өлшеміне қарамастан барлық бағытта бірдей екенін білдіреді.

Гидростатикалық қысымды есептеу үшін P = ρ * g * h формуласы қолданылады, мұнда P - гидростатикалық қысымды білдіреді, ρ - сұйықтықтың тығыздығы, g - ауырлық әсерінен үдеу және h - сұйықтықтың биіктігі.

Сұйықтық түсіретін қысым тереңдікпен арта түсетінін ескеру маңызды. Себебі гидростатикалық қысым сұйықтықтың тығыздығына және оның биіктігіне пропорционал. Демек, ыдыстағы сұйықтықтың тереңдігі неғұрлым үлкен болса, сұйықтықтың негізіне немесе кез келген басқа нүктесіне түсетін қысым соғұрлым жоғары болады. Гидростатикалық қысым тек тік бағытта емес, барлық бағытта әсер ететінін есте ұстаған жөн.

Қысқасы, Паскаль принципімен анықталады. Гидростатикалық қысым P = ρ * g * h формуласы арқылы есептеледі, мұнда ρ - сұйықтықтың тығыздығы, g - ауырлық әсерінен болатын үдеу, h - сұйықтықтың биіктігі. Сұйықтықтың биіктігі өскен сайын оған түсетін гидростатикалық қысым да артады. Гидростатикалық қысым тек тігінен ғана емес, сұйықтық ішіндегі барлық бағытта біркелкі таралатынын түсіну өте маңызды.

13. Гидростатикада манометрлердің көмегімен қысымды өлшеу

Қысымды өлшеу гидростатиканың негізгі құрамдас бөлігі болып табылады және манометрлердің көмегімен орындалады. Бұл құрылғылар жабық жүйедегі сұйықтықтың қысымын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл өлшеуді дәл және тиімді орындау үшін қажетті қадамдар төменде берілген.

Біріншіден, жүйенің сипаттамаларына негізделген манометрдің сәйкес түрін таңдау маңызды. Манометрлердің әртүрлі түрлері бар, мысалы, U-түтіктегі манометрлер, көпіршікті манометрлер, дифференциалды манометрлер және т.б. Манометрдің әрбір түрінің өзіндік артықшылықтары мен арнайы қолданбалары бар, сондықтан нақты жағдайыңызға ең қолайлысын таңдау өте маңызды.

Тиісті манометрді таңдағаннан кейін келесі қадамдарды орындау керек:

• 1-қадам: Жүйе толығымен тығыздалған және ағып кетпейтініне көз жеткізіңіз. Бұл дәл қысымды өлшеу нәтижелері үшін өте маңызды.
• 2-қадам: Тиісті қосылымдарды пайдаланып манометрді жүйеге қосыңыз. Қысымның жоғалуын болдырмау үшін манометрдің дұрыс орнатылуын және тығыздалуын қамтамасыз ету маңызды.
• 3-қадам: Манометрді өндірушінің сипаттамаларына сәйкес немесе анықтамалық стандартты пайдаланып калибрлендіріңіз. Бұл калибрдің дұрыс өлшейтінін және сенімді деректерді қамтамасыз ететінін қамтамасыз етеді.

Осы қадамдар аяқталғаннан кейін манометр көмегімен қысымды өлшеуді бастауға болады. Дәл өлшемдерді алу үшін тереңдіктегі қысымның өзгеруі, сұйықтықтың тығыздығы және манометрдің орналасуы сияқты факторларды ескеру маңызды. Осы қадамдарды орындау қадамдар мен ескеретін жайттар, қысымды өлшеуді орындауға болады тиімді түрде гидростатикалық жүйелерде.

14. Архимед принципі бойынша сұйыққа батқан затқа әсер етуші күшті есептеу.

Қорытындылай келе, гидростатика - тыныштықтағы сұйықтықтардың әрекетін түсінуге мүмкіндік беретін физиканың бір саласы. Тығыздық, қысым және қалқымалылық сияқты ұғымдарды зерттей отырып, біз әртүрлі жағдайларда сұйықтар мен газдардың әрекетін талдап, болжай аламыз.

Сұйықтықтың тығыздығы гидростатикада негізгі рөл атқарады, өйткені ол сұйықтықтың массасы мен көлемі арасындағы байланысты көрсетеді. Бұл қасиетті түсіну сұйықтыққа батқан заттардың жүзу қабілетін анықтауға және кемелердің флотациясы сияқты құбылыстарды түсінуге мүмкіндік береді.

Қысым да гидростатиканың негізгі аспектісі болып табылады, өйткені ол сұйықтықтың берілген аумаққа түсіретін күшін өлшеуге мүмкіндік береді. Паскаль заңын және сәйкес формулаларды қолдана отырып, біз сұйықтықтың әртүрлі нүктелеріндегі қысымды есептей аламыз және оның бүкіл жүйеде қалай берілетінін түсінеміз.

Екінші жағынан, қалқымалылық - бұл сұйықтыққа батырылған дененің тік жоғары көтерілу күші. Бұл күш сұйықтықтың тығыздығына және суға батқан дененің көлеміне тікелей байланысты. Бұл қасиетті түсіну суға батқан заттардың ығысуы және денелердің сұйықтықтарда қалқып кетуі сияқты құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік береді.

Қысқаша айтқанда, гидростатика - бұл тыныштықтағы сұйықтықтардың әрекетін түсіну үшін қажетті құралдармен қамтамасыз ететін қызықты пән. Осы мақалада берілген әртүрлі формулалар мен түсініктерді қолдану арқылы біз тығыздыққа, қысымға, қалқымалылыққа және гидростатиканың басқа да негізгі аспектілеріне қатысты мәселелерді шеше аламыз. Бұл ақпарат пайдалы болды және сізді осы қызықты зерттеу саласын одан әрі зерттеуге ынталандырады деп үміттенеміз.